JP2867203B2 - リードフレーム用素材の製法 - Google Patents

リードフレーム用素材の製法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ハンダ性に優れ、か
つ高強度の半導体リードフレーム用素材の製法を提供す
るものである。
【0002】
【従来技術】半導体リードフレームの素材としては、4
2%前後のNiを含有する鉄合金(42合金)、銅合金
が広く使用されている。42合金の最大の問題点は高価
なことであり、このため近年銅合金が広く使用されるよ
うになっている。しかしながら、銅合金は強度が鉄系合
金に比べて劣るため板厚を薄くすると、リードフレーム
として使用した場合に足が曲り易いという問題が大きく
なる。したがって、銅合金の強度を高めるための研究が
多くなされているが、限界がある。半導体ICの集積度
が高まるにつれ、多ピンとそれに伴うリードフレーム材
の薄肉化が求められているが、このような要求に対し、
銅合金では強度の点から対応が難しかった。
【0003】これに対し、鉄ベースの合金は強度が高い
が、色々の問題がある。鉄ベース合金としては42合金
の他にNi量の異なるFe−Ni合金、純鉄に近い炭素
鋼、Cr系(フェライト系)及びCr−Ni系(オース
テナイト系)ステンレス鋼等がある。これらの鉄ベース
の合金の中では、42合金及びその他のFe−Ni合金
はハンダ性又はメッキ性が良いが、それでも銅合金に比
べて一般に劣る。このため、プリント基板にハンダづけ
する関係から銅合金で使用するよりも強いフラックス、
即ち多少なりとも腐食性のあるフラックスをどこかの工
程で使用しなければならない。炭素鋼ではハンダ付け性
が更に悪くなり、ステンレス鋼では塩酸を含むような強
いフラックスが必要になる。この事はプリント基板の信
頼性の点から極めて不利である。別の問題としては炭素
鋼は錆び易いため、錆び部でハンダ付け性が劣化したり
不良品になり易い等の問題がある。又、リードフレーム
はメッキして使用されることが多いが、炭素鋼、ステン
レス鋼ではメッキ性が劣るため、下地処理等の余分な工
程が必要で、メッキに要する費用がかかる他、メッキ剥
がれ等の欠陥も生じやすく不利である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上の問題点を解決す
るためには、表面のメッキ性及びハンダ付け性は42合
金と同等以上であり、強度が42合金又はそれ以上であ
る材料が望まれる。でき得れば42合金よりも安価であ
ることも望まれる。このような材料として、リードフレ
ーム加工前の素材の段階で母材としてFe−Ni合金、
炭素鋼、ステンレス鋼等高強度の材料を用い、その表面
にNiあるいはCuをメッキする方法が考えられるが、
メッキでは信頼性等の問題があり、実用例は少ない。
【0005】メッキの代りとして、ニッケル(Ni)又
は銅などを表面側材料(合せ材)として被覆するクラッ
ド材が適切と考えられる。しかし、従来の薄板クラッド
は冷間圧接で製造されているため、表面側材料の板厚比
薄くすることが困難であり、リードフレームの足に
求めれれる曲げ強さを高くすることが難しい。即ち、曲
げ強さに対しては板厚外側の材料の強さが効いてくるの
で、強度の弱い外側の材料の厚さが厚い程曲げに弱くな
る。その他の問題として、冷間圧接クラッドでは母材と
合せ材の界面に接合不良部が発生しやすく、現実には僅
かではあるが未接合部が存在するため、エッチングした
り、メッキしたりする時に腐食性の液が未接合部の隙間
に入り込み、これがICとして使われている時に少しづ
つ滲みだしてきて、ICのシリコンチップ及び配線を腐
食させるトラブルを起こしやすい。
【0006】このような冷間圧接クラッド特有の問題点
をクリアする方法として、表面材(合せ材)と母材との
クラッド接合を熱間で行い、その後、これを冷間で圧延
する方法が考えられる。熱間圧延であれば圧延前素材の
母材と表面材との厚さ比率を大きくでき、リードフレー
ムの寸法まで圧延した時の表面材の板厚を薄くすること
ができる。又、界面部分を真空にした上で熱間で圧延す
ることにより、接合不良部のない良好なクラッドを製造
することができる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、以下の
通りのものである。表面材がNiまたはNi−Cu合金
またはFe−Ni合金のいずれかで、芯材としての母材
がFe系材料またはFe−Ni系合金またはCr系ステ
ンレス鋼またはCr−Ni系ステンレス鋼である片面又
は両面クラッド板用素材を、各素材の界面を真空にして
組立て、次いでこの組立体を熱間圧延して表面材と母材
のクラッド接合を行い、次いで、冷間圧延して最終的に
表面層がNiまたはNi−Cu系の場合、表面層の厚さ
が全体厚さの5%以下となるまで圧延することを特徴と
するリードフレーム用素材の製法。
【0008】表面側の材料としてはクラッド接合のため
の熱間圧延が可能な純ニッケルの他、ニッケルと銅との
合金であるモネル(26〜30%Cu−Ni)、キュプ
ロニッケル(70%Cu−30%Ni)、ニッケルと鉄
との合金である42Ni合金(42%Ni−Fe)など
があげられる。一方、純銅は鉄合金と合せての熱間圧延
が現在のところ不可能と考えられるので、表面材質をい
わゆる純ニッケルとNi−Cu合金とFe−Ni合金に
限定する。又、片面クラッドを選ぶか両面クラッドを選
ぶかは目的に応じ変えることになる。一般的にはリード
フレーム材の特性としてハンダ付け性が重視されるの
で、両面クラッドとした方が良いと考えられるが、シリ
コンチップを接合するための金メッキ処理性を良くする
ためだけであれば片面クラッドでも良い事になる。
【0009】母材としては上記の様に、強度に対する要
求が大きいのでFe系材料又はFe−Ni系合金又はC
r系ステンレス鋼又はCr−Ni系ステンレス鋼が適切
である。この内普通鋼といわれる純鉄に近い炭素鋼を芯
材とするクラッドは炭素鋼部が露出する側面が錆びる心
配がある。しかし、価格が最も安いので、いわゆる安物
のIC用として最適である。又、42%Ni−Fe合金
は現在も高級IC用リードフレームとしてかなり使用さ
れているが、これに更にNi等をクラッドすることによ
り、価格は若干高くなるが、更にハンダ付け性とメッキ
性を高めることができる。フェライト系及びオーステナ
イト系ステンレス鋼はメッキ性とハンダ付け性が極めて
悪いが、クラッド化により、強度的にも最も優れ且つメ
ッキ性とハンダ付け性が良い多ピン用リードフレーム材
に適した性能が得られるようになる。また、Fe−Ni
合金を母材として、同材のFe−Ni合金をその表面に
被せることも意味がある。すなわち、Fe−Ni合金の
メッキ性が劣る理由は表面に非金属介在物が存在し、そ
の表面にメッキがのらないためピンホールなどの欠陥を
生じ易いが、クラッド母材としての厚いスラブ表面に薄
い板を貼りつけてさらに圧延すると表面の薄板の非金属
介在物が非常に細かくなり、表面欠陥として現れにくく
なる。このことは、同材を貼りつけることだけでも表面
欠陥を減少させることを意味しており、さらに表面材と
して非金属介在物の少ないところの真空アーク溶解材、
エレクトロスラグ溶解材等特殊精練材を使用すれば高価
なこれら材料の表面性質を有する安価な同等材を得るこ
とができるのである。
【0010】Ni又はNi−Cu合金はFe系合金に比
べヤング率が低くバネ性も劣るため、表面層の厚さはメ
ッキ性とハンダ付け性に問題がなければ、薄いほど曲げ
強度が高くなるので薄い方が良い。しかし、製造条件に
よっては、薄くできる限界がある。片側表面層が板厚の
5%以下であれば母材は90%以上の厚さになり、曲げ
強さで100%厚さの場合の81%以上を維持できるの
で表面層の厚さ上限を板厚比で5%とした。なお、リー
ドフレームの板厚は0.1〜0.25mmの範囲にほと
んど入るが、この場合の5%は5〜12.5μmに相当
する。下限については実施例2に示すように0.33%
(0.5μm)の表面層のものも製造できており、更に
薄くすることも可能と考えられ、特に下限は設けないこ
ととした。なお、軟らかな金属を表面にクラッドする利
点として打ち抜き時のバリが気にならなくなることがあ
げられる。とがったバリの先端が軟らかな金属の場合す
ぐに丸まってしまうためである。又、プレス金型の寿命
値が良くなることが考えられる。以下実施例により説明
する。
【0011】
【実施例1】36%Ni−Fe合金のスラブ(寸法:1
50mm厚さ×950mm幅×5m長さ)に厚さ2mm
×930mm×4.8mのNi板を周囲を溶接で貼り付
け、一部に真空引きのためのパイプを取り付け、真空引
きしてパイプを溶接で閉じて内部を真空にした。この工
程をスラブの裏面についても実施した。このように溶接
で組立たスラブを1100℃に加熱して熱間圧延し、4
mm厚さのホットコイルとした。これを焼鈍酸洗し、冷
間圧延で0.24mmとし、BAにより焼鈍した後更に
0.15mmまで圧延した。これを650℃の雰囲気で
2分程度加熱し、内部歪を除去し、リードフレーム用素
材とした。表面のNi層の厚さは約1.5μmと全体厚
さの約1%であった。Ni層と母材との接合は完全で、
ハンダ付け性の試験の結果は純Niと同等に良かった。
【0012】
【実施例2】母材をオーステナイト系ステンレス鋼とし
た例として、SUS304のスラブ(寸法:150mm
厚さ×1050mm幅×6m長さ)に厚さ1mm×10
00mm×5.8mのNi板を周囲を溶接で貼り付け、
一部に真空引きのためのパイプを取り付け、真空引きし
てパイプを溶接で閉じて内部を真空にした。この工程を
スラブの裏面についても実施した。このように溶接で組
立たスラブを1200℃に加熱して熱間圧延し、3mm
厚さのホットコイルとした。これを焼鈍酸洗し、冷間圧
延で0.17mmとし、BAした後更に冷間圧延し、
0.15mmとし、更にBAにより焼鈍し、リードフレ
ーム用素材とした。表面のNi層の厚さは約0.5μm
と全体厚さの約0.33%であった。この程度にNi層
が薄くなっても全面がNiでカバーされており、ハンダ
付け性の試験の結果は純Niと同等に良かった。
【0013】
【実施例3】フェライト系ステンレス鋼の例として、S
US430のスラブ(寸法:150mm厚さ×1050
mm幅×6m長さ)に厚さ2mm×1000mm×5.
8mのNi板を周囲を溶接で貼り付け、一部に真空引き
のためのパイプを取り付け、真空引きしてパイプを溶接
で閉じて内部を真空にした。この工程をスラブの裏面に
ついても実施した。このように溶接で組立たスラブを1
000℃に加熱して熱間圧延し、3mm厚さのホットコ
イルとした。これを焼鈍酸洗し、冷間圧延で0.20m
mとし、BAにより焼鈍し、リードフレーム用素材とし
た。表面のNi層の厚さは約0.5μmと全体厚さの約
1%であった。ハンダ付け性の試験の結果は純Niと同
等に良かった。
【0014】
【実施例4】普通鋼の例としてSS41鋼(寸法:35
mm厚さ×60mm幅×250m長さ)に厚さ1mm×
55mm×240mmのモネル(30%Cu−70%N
i)板を周囲を溶接で貼り付け、一部に真空引きのため
のパイプを取り付け、真空引きしてパイプを溶接で閉じ
て内部を真空にした。このように溶接で組立た片面クラ
ッドを950℃に加熱した後、2mm厚さまで熱間圧延
した。これを焼鈍酸洗し、冷間圧延で0.35mmと
し、880℃で真空焼鈍し、更に0.2mmまで圧延し
て硬くし、リードフレーム用素材とした。表面のモネル
層の厚さは約4μmであった。ハンド付け性の試験の結
果はSS41鋼側はプリント配線用のヤニ入りハンダで
はハンダが付着しなかったが、モネル側は極めて良好で
あり、片面クラッドであっても、プリント基板へのハン
ダ付けは可能である。以上の実施例で使用した母材の化
学成分と機械的性質を表1に一括して示す。
【0015】
【表1】
【0016】
【発明の効果】本発明は、表面材と母材のクラッド接合
を熱間圧延で行うため、接合不良部のない良好なクラッ
ド材が得られる。本発明の素材は、ハンダ性に優れ且つ
高強度をもつので半導体リードフレーム用素材として好
適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−172579(JP,A) 特開 平3−188659(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面材がNiまたはNi−Cu合金また
    はFe−Ni合金のいずれかで、芯材としての母材がF
    e系材料またはFe−Ni系合金またはCr系ステンレ
    ス鋼またはCr−Ni系ステンレス鋼である片面又は両
    面クラッド板用素材を、各素材の界面を真空にして組立
    て、次いでこの組立体を熱間圧延して表面材と母材のク
    ラッド接合を行い、次いで、冷間圧延して最終的に表面
    層がNiまたはNi−Cu系の場合、表面層の厚さが全
    体厚さの5%以下となるまで圧延することを特徴とする
    リードフレーム用素材の製法。
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JPH11104856A (ja) * 1997-07-31 1999-04-20 Sumitomo Special Metals Co Ltd 引張強さの優れた高強度クラッド材
KR100795249B1 (ko) 2003-05-29 2008-01-15 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드 스탬퍼용 기판 및 스탬퍼용 기판의 제조 방법

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